Spectroscopische meting aan waterstof bij een druk hoger dan 3,2miljoen atmosfeer.
Spectroscopische meting aan waterstof bij een druk hoger dan 3,2miljoen atmosfeer. © Philip Dalladay-Simpson and Eugene Gregoryanz

Waterstof in de bankschroef lijkt steeds meer op metaal

De voorhamer van Thor, het binnenste van planeet Jupiter, brandstof voor UFO's: aan fantastische vermoedens over de mogelijkheden van een metaalachtige variant van waterstof geen gebrek. Het goede nieuws is dat Britse wetenschappers er nu voor het eerst redelijk zeker van zijn dat het materiaal werkelijk kan bestaan. Het slechte nieuws is dat dat al eerder werd beweerd en ook weerlegd.

Fysicus Philip Dallaway-Simpson en collega's van de universiteit van Edinburgh en twee Chinese instituten hebben waterstof onder de tot nog toe hoogste druk ooit rechtstreeks bestudeerd. Daartoe gebruiken ze een zogeheten diamond anvil, een bankschroef van diamant, waarin enorme kracht op een miniem oppervlak wordt geconcentreerd.

Bij drukken van meer dan 3,2 miljoen atmosfeer zien ze hoe de tweewaardige waterstofmoleculen uit elkaar vallen en een nieuwe materietoestand lijken te vormen, melden ze donderdag in het tijdschrift Nature. Hun lasermetingen laten ook zien dat de elektronenbanen van de atomen zover overlappen dat het materiaal haast wel metaalachtig moet zijn.

'Op zich ziet het er veelbelovend uit', zegt de Leidse theoretisch fysicus Sense Jan van der Molen over het Brits-Chinese meetwerk, dat hij overigens alleen vanaf de zijlijn volgt. 'Maar voor een claim dat het metallisch wordt, zou je toch echt geleidingsmetingen willen zien. En dat is bij dit soort drukken enorm lastig.'

Eerdere aanwijzingen

We speculeren erop dat dit de voorloper van de voorspelde niet-moleculaire metaalfase is

Schrijven onderzoekers in Nature

Het idee dat waterstof (H2), het eenvoudigste element in het universum, onder superhoge druk een metaalachtige vaste stof kan worden, stamt al uit de jaren dertig van de vorige eeuw. Net als andere gassen wordt het onder druk wel vloeibaar, maar daarbij blijven de moleculen heel. Twee jaar geleden waren er al wel aanwijzingen dat de tweevoudige moleculen bij meer dan 2,3 miljoen atmosfeer druk uit elkaar beginnen te vallen in losse atomen. Daardoor ontstaat een soort slush van moleculair en atomair waterstof, de zogeheten fase-IV.

Volgens de nieuwe metingen lijkt zich bij nog hogere druk ook een rooster te vormen. De onderzoekers noemen dat nu fase-V-waterstof. In hun grafieken laten ze nog open of dat ook echt een metaal is. 'We speculeren erop dat dit de voorloper van de voorspelde niet-moleculaire metaalfase is', schrijven ze omzichtig.

Het artikel in Nature bevat lang niet de eerste claim in de richting van metallisch waterstof. Vier jaar geleden meldde een Duits team de vondst ervan bij 300 atmosfeer in een geperfectioneerde diamant-bankschroef. Die moest een bekend probleem wegnemen van dit soort drukexperimenten: waterstofgas wordt ook ín het keiharde diamant zelf geperst. De meeste fysici bleven toen zeer sceptisch over de stellige claim. 'Duitsers zwaar onder druk', schreef Nature destijds zelf.

Dallaway-Simpson en zijn team zijn ditmaal voorzichtiger. Ze begrenzen vooral concreet de omstandigheden waaronder zich metaalachtig atomair waterstof kan vormen. 'Een nieuwe fase? Ja. Metallisch? Nee', oordeelt ook waterstof-fysicus prof. Ronald Griessen, emeritus aan de VU in Amsterdam.

Ontvang elke dag de Volkskrant Avond Nieuwsbrief in uw mailbox, met het nieuws van vandaag, tv-tips voor vanavond, en alvast zes artikelen uit de krant van morgen. Schrijf u hier in.